一種auv平臺的遠程狀態跟蹤與控制方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于水聲技術及通信技術領域，主要是一種AUV平臺的遠程狀態跟蹤與控制方法和系統。
【背景技術】
[0002]隨著各種水下測量傳感器技術和水下自主航行器技術的發展，AUV平臺可攜帶傳感器設備、多波束聲納設備、側掃聲納設備來實現水文環境信息的測量、地形的勘測、數據記錄等。715研究所開展了AUV平臺水下接駁技術的研究工作，可實現AUV平臺水下充電、數據交互等工作，這為AUV平臺長時間水下執行任務奠定了基礎。通常，AUV平臺水下運行過程中的狀態跟蹤與控制通過水聲通信MODEM實現，AUV端通信聲納將AUV平臺端慣導數據傳遞給船基平臺端，船基端通信聲納進行解碼實現狀態跟蹤，然而，由于海洋環境的復雜性，AUV平臺長時間水下航行時，慣導數據偏離嚴重，并不能實現精準地對AUV平臺水下運動狀態跟蹤。另外，使用水聲通信對AUV進行狀態跟蹤時，需要通過船只進行船基端通信聲納的反復收放，成本較高。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是為了克服上述現有技術中存在的問題，而提供一種AUV平臺的遠程狀態跟蹤與控制方法和系統，是一種聯合利用衛星通信、水聲通信與超短基線陣實現水下AUV平臺的遠程狀態跟蹤與控制技術，實現AUV平臺的遠程、全方位、高精度的跟蹤與控制。
[0004]本發明的目的是通過如下技術方案來完成的。本發明所述的這種AUV平臺的遠程狀態跟蹤與控制系統，包括岸基顯控中心端、水下基站浮標端、水下基站端、AUV平臺端及水聲通信與定位系統工作協議，其中，岸基顯控中心端包括衛星通信模塊及顯控平臺；水下基站浮標端包括浮標和衛星通信模塊;水下基站端包括接駁站平臺、接駁站控制中心、超短基線陣和MODEM-B ;AUV平臺端包括MODEM-A和AUV控制中心；水聲通信與定位系統工作協議包括定位信號設計、遠程狀態跟蹤與控制系統工作流程。
[0005]本發明所述的這種AUV平臺的遠程狀態跟蹤與控制方法，具體步驟為:實現AUV平臺遠程狀態跟蹤與控制工作時，由岸基顯控中心端通過衛星通信模塊對水下基站浮標端下達AUV狀態問詢命令，水下基站端通信聲納向AUV端發射問詢信號，AUV端接收到問詢信號后進行應答并在應答信號中攜帶AUV端的狀態參數信息及定位用信號，利用AUV端發射的應答f目號，水下基站端超短基線完成AUV方位測定，水下基站端通彳目聲納完成AUV與水下基站端距離測定并解析AUV端的狀態參數信息，最后，水下基站端將結果匯總后發送給水下基站浮標端，由水下基站浮標端通過衛星通信模塊將匯總結果發送至岸基端顯控中心;實現AUV平臺回站充電及數據交互工作時，岸基顯控中心端通過衛星通信模塊對水下基站浮標端下達AUV回站命令，水下基站浮標端通過水下基站端的通信聲納將AUV回站命令發送至AUV平臺端，AUV平臺收到回站命令后開啟回站工作模式，此時，AUV平臺端主動發射定位信號，由水下基站端超短基線模塊完成AUV方位測定后將結果發送給AUV平臺端和岸基端顯控中心端，AUV平臺端解析測向結果并完成距離測定，最后將距離與方位信息整理打包后傳遞給AUV控制中心，進而指導AUV平臺修正運動軌跡、反復測定AUV平臺與水下基站間相對距離與位置關系、AUV到達水下基站端并完成對接等過程。
[0006]本發明的有益效果為:本發明應用于AUV平臺能夠遠程、全方位、高精度的實現AUV平臺的軌跡跟蹤與控制，同時可實現慣導數據提供的運動軌跡、超短基線與水聲通信聯合定位的運動軌跡同時監測。本發明應用于AUV平臺，能夠遠程控制AUV平臺在不出水情況下完成能源補給、數據導出等工作，從而降低了 AUV平臺反復收放的成本，提高了 AUV平臺應用的空間。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明的AUV平臺遠程狀態跟蹤與控制系統工作示意圖；
[0008]圖2是本發明的AUV平臺端與水下基站端系統組成框圖；
[0009 ] 圖3是本發明的水下基站端MOEDM-B向AUV平臺端MODEM-A發送AUV狀態問詢命令時的信號格式；
[0010] 圖4是本發明的水下基站端MOEDM-B向AUV平臺端MODEM-A發送AUV開啟回站模式命令時的信號格式；
[0011 ]圖5是本發明的在AUV平臺狀態跟蹤與控制工作模式下，AUV平臺端MOEDM-A向水下基站端MODEM-B發送AUV狀態問詢命令應答時的信號格式；
[0012]圖6是本發明的在AUV平臺回站充電與數據交互工作模式下，AUV平臺端MOEDM-A向水下基站端MODEM-B發送的定位信號格式；
[0013]圖7是本發明的在AUV平臺回站充電與數據交互工作模式下，水下基站端MOEDM-B向AUV平臺端MODEM-A發送定位結果及同步相關峰位置信息時的信號格式。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明:
[0015]I總體方案
[0016]圖1為本發明的AUV平臺遠程狀態跟蹤與控制系統工作示意圖，該系統聯合利用超短基線測向方法、水下無線聲通信測距方法及衛星通信的方法，主要包括岸基顯控中心端、水下基站浮標端、水下基站端、AUV平臺端及水聲通信與定位系統工作協議。
[0017]本套系統設計有兩種工作模式，一是AUV平臺狀態跟蹤與控制；二是AUV平臺回站充電與數據交互。
[0018]在AUV平臺狀態跟蹤與控制工作模式下，其工作流程如下:
[0019](I)岸基顯控中心端顯控平臺通過衛星通信模塊向水下基站浮標端衛星通信模塊發送AUV狀態問詢命令；
[0020](2)水下基站浮標端通過有纜通信將AUV狀態問詢命令轉發至水下基站端接駁站控制中心；
[0021 ] (3)接駁站控制中心通過水下基站端MODEM-B將AUV狀態問詢命令發送給AUV平臺端MODEM-A;
[0022](4)M0DEM_A完成命令解析后將結果轉發給AUV控制中心；
[0023](5)AUV控制中心根據解析命令，根據命令將AUV的狀態信息打包后發送給MODEM-A；
[0024](6)M0DEM_A向水下基站端發送應答信號，應答信號包括AUV的狀態信息、定位信號；
[0025](7)水下基站端接收MODEM-A發送的應答信號，其超短基線陣利用定位信號進行AUV方向測定，其MODEM-B利用應答信號完成AUV距離測定并解析AUV的狀態信息，最后將超短基線與水聲通信聯合的定位結果與解析的AUV狀態信息打包為最終狀態信息包轉發至接駁站控制中心；
[0026](8)接駁站控制中心將最終狀態信息包通過有纜通信轉發至水下基站浮標端；
[0027](9)水下基站浮標端通過衛星通信將最終狀態信息包發送至岸基端顯示控制中心;
[0028](10)岸基端顯示控制中心對最終狀態信息包進行拆包、解析，顯示；
[0029](11)反復進行(I)-(1)，實現AUV狀態的遠程監測與控制，實現AUV平臺的運動軌跡持續跟蹤。
[0030]在AUV平臺回站充電與數據交互工作模式下，其工作流程如下:
[0031](I)岸基顯控中心端顯控平臺通過衛星通信模塊向水下基站浮標端衛星通信模塊發送AUV回站充電與數據交互命令；
[0032](2)水下基站浮標端通過有纜通信將A